论文题目: 钛合金高温变形时跨层次模型及数值模拟
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料加工工程
作者: 李晓丽
导师: 李淼泉
关键词: 钛合金,高温变形,叶片,微观组织,本构方程,三维数值模拟
文献来源: 西北工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 数值方法、计算机技术与材料加工理论相结合，对材料加工过程进行计算机模拟，预测材料的成形、微观组织、性能和质量，进而实现加工工艺的优化，有利于使材料热加工由“技艺”走向“科学”，为材料热加工技术的进步提供新的途径。 材料在高温变形时不仅宏观力学性能会发生变化，内部的微观组织也会经历一系列变化，微观组织的变化又影响材料的宏观变形行为。从变形机理角度正确理解材料内部的微观组织演变与材料高温变形过程及其二者之间的交互作用，建立既能揭示塑性变形物理机制又能反映微观组织演变与宏观变形行为交互作用的跨层次模型是实现材料变形过程的变形—传热—微观组织耦合数值模拟的基础，而且能科学地理解高温变形机理，为合理地确定锻造加工工艺和控制锻件质量提供了科学依据。 本文以金属高温变形微观机理为基础，研究了微观组织与变形参数间的关系，以位错密度变化率为内变量建立了金属高温变形时的微观组织模型。并以TC6钛合金为例对该模型的可靠性进行了测试，结果证明该模型预测精度高，可较好地描述钛合金高温变形过程中的微观组织演变行为。 对材料高温变形物理机制进行了系统研究，以位错强化机制与晶界强化机制为基础，建立了钛合金的塑性变形本构方程。该方程不仅可以定量计算不同的基体相和不同变形机制对流动应力的作用，而且可以反映微观组织演变对宏观力学行为的影响，因此可以作为跨层次数值模拟的媒介。以TC6钛合金为例对该塑性变形本构方程进行了验证，结果证明该本构方程预测流动应力曲线可较好地描述TC6钛合金高温变形时的动态行为。 带阻尼台叶片是航空发动机中一类重要且形状复杂的零件，对叶片的精锻过程进行三维数值模拟具有重要的理论意义和实用价值。将本文建立的反映变形与微观组织演变交互作用的塑性变形本构方程与传热分析相结合，建立变形—传热—微观组织的有限元耦合模拟系统。应用该系统对带阻尼台叶片的精锻过程进行了三维数值模拟，分析了变形工艺参数包括变形温度、变形速度、变形程度与摩
论文目录:
摘要
Abstract
论文的主要创新与贡献
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 钛合金的微观组织和性能
1.3 钛合金锻造技术
1.4 数值模拟技术及其应用
1.4.1 数值模拟技术在塑性成形中的应用
1.4.2 数值模拟技术在微观组织预测中的应用
1.4.3 数值模拟技术在叶片锻造中的应用
1.5 本文主要研究内容
第2章 微观组织模型
2.1 引言
2.2 金属塑性变形微观组织模型概述
2.3 微观组织模型
2.3.1 位错密度模型
2.3.2 晶粒尺寸模型
2.4 微观组织模型的应用
2.4.1 TC6钛合金微观组织模型
2.4.2 实验过程与结果
2.4.3 材料参数的确定
2.4.4 模型验证
2.4.5 结果分析与讨论
2.5 本章小结
第3章 塑性变形本构方程
3.1 引言
3.2 金属塑性变形本构方程概述
3.3 塑性变形物理机制
3.3.1 位错强化机制
3.3.2 晶界强化机制
3.3.3 多相合金塑性变形
3.4 钛合金塑性变形本构方程
3.4.1 单相钛合金塑性变形本构方程
3.4.2 两相钛合金塑性变形本构方程
3.5 塑性变形本构方程的应用
3.5.1 TC6钛合金塑性变形本构方程
3.5.2 材料参数确定
3.5.3 模型验证
3.6 本章小结
第4章 有限元基础理论及数值模拟关键技术
4.1 引言
4.2 刚粘塑性有限元法基本原理
4.3 数值模拟系统框架
4.4 变形-传热耦合分析
4.5 数值模拟关键技术及其处理
4.5.1 模具形状几何描述
4.5.2 初始速度场
4.5.3 边界条件处理
4.5.4 收敛判据
4.5.5 网格重划分
4.6 本章小结
第5章 带阻尼台叶片精锻过程数值模拟
5.1 引言
5.2 TC6钛合金加工图
5.3 带阻尼台叶片精锻过程三维数值模拟
5.3.1 力学模型
5.3.2 模拟工艺方案
5.4 精锻过程模拟结果及分析
5.4.1 变形过程
5.4.2 工艺参数对变形的影响
5.5 三维与二维数值模拟结果比较
5.5.1 叶身横截面
5.5.2 阻尼台截面
5.5.3 榫头截面
5.5.4 叶身纵截面
5.6 本章小结
第6章 带阻尼台叶片精锻过程微观组织模拟
6.1 引言
6.2 微观组织模拟结果及分析
6.2.1 变形温度
6.2.2 变形速度
6.2.3 变形程度
6.2.4 摩擦
6.3 三维与二维数值模拟结果比较
6.4 本章小结
第7章 TC6钛合金叶片精锻与微观组织
7.1 引言
7.2 叶片精锻及结果
7.2.1 精锻工艺方案
7.2.2 微观组织观测
7.3 精锻生产条件下微观组织参数的计算
7.4 结果比较
7.4.1 载荷
7.4.2 微观组织
7.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文及专利
致谢
发布时间: 2007-03-29
参考文献
- [1].FGH4096合金高温变形行为及形变裂纹的开裂机理[D]. 刘延辉.西北工业大学2017
- [2].AZ91镁合金高温变形行为的实验研究与数值模拟[D]. 丁汉林.上海交通大学2007
- [3].钛合金置氢增塑机理及其高温变形规律研究[D]. 宗影影.哈尔滨工业大学2007
- [4].新型含铝奥氏体耐热钢相形成规律及高温变形行为研究[D]. 周德强.北京科技大学2015
- [5].镍基高温合金高温变形行为及变形机理研究[D]. 周舸.东北大学2013
- [6].置氢Ti-46Al-2V-1Cr-0.3Ni合金高温变形规律及改性机理研究[D]. 温道胜.哈尔滨工业大学2016
- [7].Ti-22Al-25Nb合金板材高温变形行为与成形性能研究[D]. 林鹏.哈尔滨工业大学2013
- [8].TiBw/Ti60复合材料高温变形行为与热处理研究[D]. 王博.哈尔滨工业大学2015
- [9].NiAl系金属间化合物合金的超塑性和高温变形及其机理[D]. 周文龙.大连理工大学2000
- [10].喷射成形高合金高速钢的组织与性能研究[D]. 赵顺利.上海大学2017
相关论文
- [1].TC11钛合金叶轮类复杂构件等温成形规律与数值模拟[D]. 史科.哈尔滨工业大学2008
- [2].TC11钛合金的热态变形行为及其锻造工艺优化研究[D]. 李鑫.南京航空航天大学2009
- [3].β型钛合金高温粘塑性本构建模及数值计算[D]. 王霄腾.哈尔滨工业大学2009
- [4].叶片精锻成形规律的三维有限元分析[D]. 刘郁丽.西北工业大学2001
- [5].氢、氮化和热氧化对钛合金性能影响的研究[D]. 张云琨.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）2005
- [6].钛及钛合金中绝热剪切带微观结构演化及其集体行为研究[D]. 汪冰峰.中南大学2006
- [7].数值模拟技术在燃气轮机零部件锻造及热处理过程中的应用[D]. 吕成.大连理工大学2007
- [8].TB8合金热变形组织的分形研究及演变模拟[D]. 张青.合肥工业大学2008